2020新课标高考生物二轮教师用书：第1部分专题2　细胞代谢中的酶和ATP

专题二 　 细胞代谢中的酶和ATP

构建知识体系·串联主干知识

■核心要点清误····························································

酶

1．滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解及滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率均涉及“降低化学反应活化能”原理。(√)

2．同无机催化剂相比，酶所提供的活化能更多，因而催化效率更高。(×)

提示：酶具有催化作用的原理是降低化学反应的活化能，不是提供活化能。

3．过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(√)

4．酶活性受温度、pH、底物浓度及酶量的影响。(×)

提示：底物浓度、酶量不影响酶的活性。

5．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同。(×)

提示：同一个体各种体细胞中酶的种类不一定相同。

6．用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响时，既可用碘液也可用斐林试剂作为检测试剂。(×)

提示：探究温度对酶活性的影响时选用斐林试剂作为检测试剂需要水浴加热，会改变实验温度。

7．探究胃蛋白酶的最适pH时，将其加入蛋清中再加入缓冲液。(×)

提示：应先加缓冲液再加蛋清。

8．探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温。(×)

提示：应将酶与底物分别在设定的温度下保温，然后混合。

ATP

1．一个ATP中含有两个高能磷酸键，且都容易形成和水解。(×)

提示：ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键更容易形成和水解。

2．酶催化的化学反应都需要ATP。(×)

提示：酶催化的化学反应不一定需要ATP，如放能反应。

3．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√)

4．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×)

提示：人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量能够达到动态平衡。

5．细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体。(×)

提示：细胞质中消耗的ATP可来源于线粒体，也可来源于细胞质基质，叶绿体中产生的ATP只用于暗反应。

6．有氧条件下，植物根尖细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP。(×)

提示：植物根尖细胞没有叶绿体。

7．生物体进行生命活动只能由ATP直接供能。(×)

提示：直接能源物质除ATP外，还有GTP、CTP、UTP等。

考点1　酶在细胞代谢中的作用

(对应学生用书第11页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································

1．酶的本质与概念

2.酶的作用机理、特性及影响因素

(1)酶的作用原理

①由图可知，酶的作用原理是降低化学反应的活化能。

②若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。

(2)酶的特性的曲线

图1　　　　　　　图2

①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较表明：酶具有高效性。

②图2中两曲线比较表明：酶具有专一性。

(3)各因素对酶促反应速率的影响曲线

图1　　　　图2　　　　图3

①分析图1和图2：温度或pH通过影响酶的活性来影响酶促反应速率。

②图1和图2中使酶的空间结构遭到破坏的因素是高温、过酸和过碱。

③分析图3：OP段的限制因素是底物浓度，P点以后的限制因素则是酶浓度。

3．酶的实验设计

(1)反应物和酶的选择

①研究温度对酶活性影响的实验时，不宜选用过氧化氢酶催化H2O2的分解，因为过氧化氢在加热的条件下易分解。

②研究pH对酶活性影响的实验时，由于酸对淀粉有分解作用，并且碘可与碱反应，所以一般不选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，常选用H2O2和过氧化氢酶。

(2)检测时试剂的选择

①研究温度对酶活性影响的实验时，鉴定淀粉是否分解用碘液，一般不选用斐林试剂，因为斐林试剂需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。

②若物质反应前后均能与试剂发生反应，例如麦芽糖和水解后形成的葡萄糖均能与斐林试剂反应，再如蛋白质和水解后形成的多肽均能与双缩脲试剂反应，此类试剂不能选用。

③若物质反应前后均不能与试剂反应，例如蔗糖和水解后的单糖均不能与碘液反应，此类试剂也不能选用。

■素养提升——规范表述　严谨准确··································

1．普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。

(1)此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑哪些因素？(指出两点即可)

(2)简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。

提示：(1)底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等。

(2)在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。

2.酶X是一种蛋白质，研究者采用定量分析方法测定不同pH对酶X的酶促反应速率(v)的影响，得到如图所示曲线。当pH偏离6.8时，酶促反应速率都会下降，下降的原因可能有三种：①pH变化破坏了酶B的空间结构，导致酶不可逆失活；②pH变化影响了底物与酶B的结合状态，这种影响是可逆的；③前两种原因同时存在。现要探究当pH＝5时酶促反应速率下降的原因，请在上述实验基础上，简要写出实验思路(含预期结果及结论)。

提示：先将酶X在pH＝5的条件下处理一段时间，升高pH至6.8，测定其酶促反应速率；若测定速率＝b，则为原因①；若测定速率＝a,则为原因②；若b<测定速率<a，则为原因③。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································

1．(2017·全国卷Ⅱ)下列关于生物体中酶的叙述，正确的是(　　)

A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶

B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性

C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法

D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃

C　[在细胞核外，叶绿体和线粒体中也含有参与DNA合成的酶，A项错误；由活细胞产生的酶，在生物体外适宜的条件下也有催化活性，如唾液淀粉酶在适宜条件下可催化试管中的淀粉水解，B项错误；盐析可使蛋白质沉淀，但不会破坏蛋白质的空间结构，析出的蛋白质仍可以溶解在水中，其化学性质不会发生改变，C项正确；唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37 ℃，但保存时应在低温条件下，D项错误。]

2．(2016·全国卷Ⅰ)若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是(　　)

A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量

B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量

D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

C　[在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。]

3．(2016·全国卷Ⅱ)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。回答下列问题：

(1)三个温度条件下，该酶活性最高的是________组。

(2)在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速度会________。

(3)如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量________，原因是

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________。

(4)生物体内酶的化学本质是________，其特性有

____________________________________________________

_____________________________________(答出两点即可)。

解析：(1)在60 ℃条件下，反应的最终产物浓度比20 ℃和40 ℃条件下小很多并保持不变，说明酶在60 ℃条件下，最终失活。20 ℃与40 ℃条件下相比，40 ℃时酶促反应达到反应平衡的时间短，说明40 ℃条件下酶活性较高。(2)在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃变成30 ℃，由该酶活性随温度的变化规律可知，30 ℃条件下的该酶活性大于20 ℃条件下的，那么A组酶催化反应的速度会加快。(3)t2时C组的产物浓度已不再增加，但由A组和B组t2时的产物浓度可知，t2时C组底物并未全部被分解，C组产物浓度不再增加是由于C组温度条件下t2时酶已经变性失活。因此如果在时间t2时，向C组增加2倍量的底物，在其他条件不变的情况下，t3时产物的总量也不会再增加。(4)生物体内绝大多数酶的化学本质是蛋白质，极少数酶是RNA。酶具有高效性、专一性等特性，并且需要适宜的温度和pH等。

答案：(1)B　(2)加快　(3)不变　60 ℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加　(4)蛋白质或RNA　高效性和专一性(其他合理答案也可)

■考向专练——题点研练　触类旁通·································

　考查对酶的作用、本质和特性的理解

1．(2019·合肥期末)酶是细胞内生命活动不可缺少的物质，下列关于酶的叙述，正确的是(　　)

A．胃蛋白酶适宜在碱性环境下发挥作用

B．酶都能与双缩脲试剂反应呈紫色

C．离开细胞后，只要条件适宜，酶仍具有生物活性

D．经强酸处理过的唾液淀粉酶在最适pH下会恢复活性

C　[胃蛋白酶适宜在酸性环境下发挥作用，A错误；酶的化学本质为蛋白质或RNA，化学本质为蛋白质的酶能与双缩脲试剂反应呈紫色，B错误；只要条件适宜，酶可在细胞内或细胞外起作用，如消化酶离开细胞后仍具有生物活性，C正确；唾液淀粉酶的最适pH偏中性，经强酸处理过的唾液淀粉酶，其结构已被破坏，再到最适pH下无法恢复活性，D错误。]

2．(2019·云南曲靖一中模拟)下列有关生物体内酶和激素的叙述，正确的是(　　)

A．酶和激素都是在特定细胞的核糖体中合成的

B．某些激素的调节作用是通过影响酶的活性实现的

C．两者都是细胞的结构组成成分，都不能提供能量

D．一种酶只催化一种物质的反应，一种激素只作用于一种细胞

B　[部分酶和激素不是蛋白质，不是在核糖体上合成的，A项错误；激素能够使靶细胞原有的生理活动发生变化，某些激素可通过影响酶的活性调节细胞的生理活动，B项正确；酶和激素都不是细胞的结构组成成分，C项错误；一种酶只催化一种或一类物质的反应，一种激素可作用于多种细胞，D项错误。]

辨析酶、激素、神经递质、抗体

(1)四者均具特异性(专一性)。

(2)激素、神经递质、抗体都是由细胞分泌到内环境中发挥作用，发挥作用后立即被灭活。而酶既可在细胞内，也可在细胞外发挥作用，且可以多次发挥作用。

(3)活细胞都能产生酶(哺乳动物的成熟红细胞除外)，但只有少数特异性细胞能合成并分泌激素、神经递质、抗体。

　考查酶的作用和特性的坐标曲线分析

1.(2019·长郡中学测试)某生物兴趣小组为了研究pH对某种酶活性的影响，设置a、b、c三组实验，各组pH条件均不同，其他条件相同且适宜。测定各组在不同反应时间内的产物量，结果如图所示。下列相关分析不正确的是(　　)

A．a组的pH可能高于b组的pH

B．a组pH条件下，该酶降低化学反应的活化能可能最多

C．在c组pH条件下比较适宜保存酶

D．实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减少实验误差

C　[a组酶的活性高于b组酶的活性，因此a组的pH可能高于b组的pH，A正确；与b、c组相比，a组酶的活性最高，说明a组pH条件下，该酶降低化学反应的活化能可能最多，B正确；c组产物的最大生成量明显低于a、b组，说明在c组pH条件下，酶已经变性失活，不适宜保存酶，C错误；实验中的“其他条件”为无关变量，实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减少实验误差，D正确。]

2．(2019·五省创优联考)某实验小组在Ta和Tb两个温度条件下，测定了淀粉酶在不同的pH条件下催化淀粉完全水解所需的时间，结果如图所示(Ta＜Tb，且Ta和Tb均低于淀粉酶的最适温度)。下列叙述错误的是(　　)

A．曲线①表示在Ta温度下测定的结果

B．在这两个温度条件下，淀粉酶的最适pH相同

C．pH＝1与pH＝13时，淀粉酶的空间结构是相同的

D．其他条件需要保持一致，以排除无关变量的干扰

C　[曲线①表示在Ta温度下测定的结果，A正确； 在这两个温度条件下，淀粉酶的最适pH都是7，B正确； pH＝1与pH＝13时，淀粉酶的空间结构已经被破坏导致变性失活，C错误； 实验过程中其他条件都要保持一致，以排除无关变量的干扰，D正确。]

　“四看法”分析酶促反应曲线

　考查酶的相关实验设计和分析

1．(2019·名校考前仿真)为研究Cu2＋和Cl－对唾液淀粉酶活性的影响，某小组设计了如下操作顺序的实验方案：

甲组：CuSO4溶液—缓冲液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保温—检测

乙组：NaCl溶液—缓冲液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保温—检测

丙组：蒸馏水—缓冲液—淀粉酶溶液—淀粉溶液—保温—检测

各组试剂量均适宜，下列对该实验方案的评价，不合理的是(　　)

A．缓冲液的pH应控制为最适pH

B．保温的温度应控制在37 ℃左右

C．宜选用碘液来检测淀粉的剩余量

D．设置的对照实验能达到实验目的

D　[缓冲液的作用是调节pH，维持pH稳定，本实验pH以及温度都是无关变量，为了避免温度和pH对实验的干扰，因此温度和pH都应该设置到最适，A、B评价合理；本实验的因变量可以是淀粉的剩余量，根据淀粉遇碘变蓝可以检测实验中淀粉是否有剩余，与对照组相比较说明Cu2＋和Cl－对唾液淀粉酶活性的影响，C评价合理；甲乙两组实验中除了有Cu2＋和Cl－，还有硫酸根离子和钠离子，需要排除二者对实验的干扰，因此对照组还需要再设置一组排除硫酸根离子和钠离子干扰的对照实验，因此设置的对照实验只有一组不能达到实验目的，D评价不合理。]

2．(2019·湖北八校联考)某校生物兴趣小组为探究影响酶活性的因素而设计了以下实验方案。请分析后回答下列问题：

(1)该实验中，pH属于________变量，所以三支试管的pH应________。

(2)探究胃蛋白酶活性的观测指标是_______________________

____________________________________________________。

(3)如将实验的材料换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？__________(填“是”或“否”)，理由是_____________________。

(4)若某同学直接选用双缩脲试剂来检测实验结果，你认为是否合理？________(填“是”或“否”)，理由是__________________

____________________________________________________

____________________________________________________。

解析：(1)本实验是探究温度对胃蛋白酶的影响，温度是自变量，pH是无关变量，无关变量应保持适宜且相同。(2)本实验观测的指标是相同时间内蛋白块的变化或蛋白块完全消失所用的时间。(3)H2O2在加热的情况下分解加快，因此不宜用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响。(4)胃蛋白酶和蛋白块都是蛋白质，不宜用双缩脲试剂检测实验结果。

答案：(1)无关　适宜且相同(或维持在pH＝1.5左右)　(2)相同的时间内蛋白块体积的变化(或蛋白块完全消失所用的时间)　(3)否　H2O2在加热的条件下会分解　(4)否　胃蛋白酶本身是蛋白质，也会与双缩脲试剂反应出现紫色现象

考点2　细胞能量代谢中的ATP

(对应学生用书第14页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································

1．ATP的结构与能量转换

2．细胞内ATP的产生与消耗

■素养提升——规范表述　严谨准确··································

1．在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，分析该现象得到哪些结论？

提示：(1)ATP中远离A的磷酸基团容易脱离；(2)该过程中ATP既有合成又有水解；(3)部分32P标记的ATP是重新合成的。

2．实验室里有萤火虫尾部研磨粉、生理盐水、葡萄糖溶液、ATP溶液，请设计实验证明ATP是直接能源物质。写出实验步骤和实验结果。

提示：实验步骤(1)将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液；(2)取两支试管编号为甲、乙，分别加入等量的已配制的悬浊液；(3)向甲试管中加入两滴ATP溶液，向乙试管中加入两滴葡萄糖溶液，在黑暗环境中观察两试管。实验结果：观察到甲试管发出荧光，乙试管没有发出荧光。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································

1．(2016·全国卷Ⅰ)下列与神经细胞有关的叙述，错误的是(　　)

A．ATP能在神经元线粒体的内膜上产生

B．神经递质在突触间隙中的移动消耗ATP

C．突触后膜上受体蛋白的合成需要消耗ATP

D．神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP

B　[神经元线粒体的内膜上进行有氧呼吸的第三阶段，有氧呼吸的第三阶段是[H]和氧结合形成水，同时生成大量的ATP，故A项正确；神经递质在突触间隙中的移动属于自由扩散，不消耗ATP，故B项错误；蛋白质的合成需要消耗ATP，故C项正确；神经细胞兴奋后恢复为静息状态时，将Na＋排出细胞，是主动运输的过程，需要消耗ATP，故D项正确。]

2．(2016·全国卷Ⅰ节选)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题：

(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。

(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。

解析：(1)根据题干信息可知，该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团(即Pγ)，因此需用32P标记到ATP的γ位上。(2)DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。将dATP两个高能磷酸键都水解后的产物为dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸)，为合成DNA的原料。因此需用32P标记到dATP的α位上。

答案：(1)γ　(2)α

■考向专练——题点研练　触类旁通·································

　考查ATP的结构、产生和利用

1．(2019·皖南六校联考)下列有关ATP结构与功能的叙述，正确的是(　　)

A．ATP的高能磷酸键全部断裂后生成磷酸和腺苷

B．ATP的两个磷酸基团容易脱离并释放大量能量

C．ATP中的能量可以来源于光源，也可转化为光能

D．生物体内所有反应消耗的能量都是由ATP水解提供的

C　[ATP的高能磷酸键全部断裂后，生成磷酸和腺嘌呤核糖核苷酸，A项错误；ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解，B项错误；光合作用过程中ATP中的能量来源于光源，萤火虫发光过程中ATP中的能量转化为光能，C项正确；细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量，D项错误。]

2．(2019·惠州二调)下列有关ATP的叙述，错误的是(　　)

A．ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成

B．光合作用产生ATP的过程不一定都在叶绿体中进行

C．酒精发酵的全过程都有ATP生成

D．洋葱根尖细胞中能产生ATP的细胞器是线粒体

C　[ATP的名称为三磷酸腺苷，由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成，A项正确；蓝藻没有叶绿体，但可以通过光合作用产生ATP，B项正确；酒精发酵的第二阶段没有ATP生成，C项错误；洋葱根尖细胞可以进行有氧呼吸，可以在线粒体上产生ATP，D项正确。]

　ATP的拓展考查

1．(2019·昆明期末)在线粒体的内外膜间隙中存在着腺苷酸激酶，它能将 ATP 分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成 ADP。以下有关推测不合理的是(　　)

A．腺苷酸激酶的数量影响葡萄糖分子进入线粒体

B．腺苷酸激酶极有可能是一种ATP水解酶

C．腺苷酸激酶与细胞内ATP与ADP的平衡维持有关

D．腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成

A　[葡萄糖分子不能进入线粒体，A错误； 据分析可知，腺苷酸激酶能促进ATP的水解，极有可能是一种ATP水解酶，B正确； 腺苷酸激酶能促进ATP水解的同时形成ADP，故腺苷酸激酶与细胞内ATP与ADP的平衡维持有关，C正确； 腺苷酸激酶能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP，故腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成，D正确。]

2．(2019·河南九校联考)核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等；脱氧核苷三磷酸(dNTP，d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是(　　)

A．dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同

B．dNTP含有2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量

C．DNA复制时需dATP、dTTP含量越多，则DNA结构越稳定

D．真核细胞分裂时，胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制

B　[dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类不同和碱基种类不同，A错误；DNA复制时，dNTP需要脱去2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量，B正确；DNA复制时需dCTP、dGTP含量越多，则DNA结构越稳定，C错误；真核细胞进行分裂时，除核DNA进行复制外，细胞质DNA也有复制，胞内dNTP不可能全部进入细胞核中，D错误。]

　几种高能磷酸化合物的关系